JP2001062261A - Spiral type gas-liquid contact membrane element and spiral type gas-liquid contact membrane module - Google Patents

Spiral type gas-liquid contact membrane element and spiral type gas-liquid contact membrane module

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JP2001062261A
JP2001062261A JP23947999A JP23947999A JP2001062261A JP 2001062261 A JP2001062261 A JP 2001062261A JP 23947999 A JP23947999 A JP 23947999A JP 23947999 A JP23947999 A JP 23947999A JP 2001062261 A JP2001062261 A JP 2001062261A
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spiral
side flow
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Makoto Himeno
誠 姫野
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Nitto Denko Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spiral type gas-liquid contact membrane element which obviates the occurrence of the degradation in the concentration of a gaseous solution and the intrusion of air bubbles into the gaseous solution by rapidly discharging the condensed water in a gas side flow passage and a spiral type gasliquid contact membrane module. SOLUTION: Two sheets of gas side flow passage materials are disposed in channel parts along the flow direction of gaseous ozone and are arranged in spiral type membrane elements 10 in such a manner that the channel parts face each other. The gaseous ozone is supplied from a gas inlet 11a into a gas supply pipe 11, passes the spiral gas side flow passages 18 from supply holes 11b and is discharged outside from a gas outlet 7. The condensed water in the gas side flow passages 18 flows together with the gaseous ozone along the channel parts of the gas side flow passage materials and is discharged outside from the gas outlet 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中への気体の
溶解または液体中からの気体の放散といった気液接触操
作に用いられるスパイラル型気液接触膜エレメントおよ
びこのエレメントを用いたスパイラル型気液接触膜モジ
ュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spiral-type gas-liquid contact membrane element used for a gas-liquid contact operation such as dissolution of a gas in a liquid or emission of a gas from a liquid, and a spiral gas-liquid membrane element using this element. The present invention relates to a liquid contact membrane module.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、化学工業等の多くの分野では、液
体へのガス溶解あるいは液体からのガス放散といった気
液接触操作が行われている。たとえば、ガス溶解とし
て、医薬品分野等における微生物培養液への酸素供給、
電子工業における超純水ラインへのオゾン溶解、水産業
界における養魚への酸素供給、あるいはNOx (窒素酸
化物)やSOx (硫黄酸化物)等の排ガス処理が挙げら
れ、また、ガス放散としては、純水製造における脱炭酸
処理があげられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in many fields such as the chemical industry, a gas-liquid contact operation such as dissolving gas into a liquid or releasing gas from a liquid is performed. For example, as gas dissolution, oxygen supply to microbial cultures in the pharmaceutical field, etc.,
Dissolution of ozone into ultrapure water lines in the electronics industry, supply of oxygen to fish farming in the fisheries industry, and treatment of exhaust gas such as NO x (nitrogen oxide) and SO x (sulfur oxide). Is a decarboxylation treatment in pure water production.

【0003】また、気液接触の一例として、半導体工業
におけるオゾン水の製造がある。現在、ウェーハの洗浄
には、アンモニア−過酸化水素水混合液、塩酸−過酸化
水素水混合液等の薬液が用いられているが、廃水処理に
かかるコストダウン、環境問題等の観点から、オゾン水
による洗浄が注目されている。ここで、ウェーハの洗浄
に用いられるオゾン水は、10〜30ppmと高濃度な
オゾン水が要求され、濃度コントロールも容易でなけれ
ばならない。
[0003] One example of gas-liquid contact is the production of ozone water in the semiconductor industry. At present, chemicals such as a mixed solution of ammonia-hydrogen peroxide solution and a mixed solution of hydrochloric acid-hydrogen peroxide solution are used for cleaning the wafer. However, from the viewpoint of cost reduction of wastewater treatment, environmental problems, etc. Attention has been paid to washing with water. Here, the ozone water used for cleaning the wafer requires ozone water having a high concentration of 10 to 30 ppm, and the concentration control must be easy.

【0004】これらの条件を満たすためには、従来から
用いられているいわゆるバブリング法では、高濃度なイ
オン水が得られにくい、クリーン度に問題がある、濃度
コントロールが困難である等の課題があり、膜モジュー
ルを使用してオゾンガスを超純水中に溶解させる方法が
近年用いられている。
In order to satisfy these conditions, the conventional so-called bubbling method has problems such as difficulty in obtaining high-concentration ionic water, problems in cleanliness, and difficulty in concentration control. In recent years, a method of dissolving ozone gas in ultrapure water using a membrane module has been used in recent years.

【0005】気液接操作に使用される膜モジュールの形
態としては、スパイラル型、平膜積層型、プレート・ア
ンド・フレーム型などの平膜を用いた平膜状膜モジュー
ル、および中空糸のような環状膜を用いた環状膜モジュ
ールがある。それらの中でも中空糸膜モジュールやスパ
イラル型膜モジュールが一般的である。
[0005] The form of the membrane module used for the gas-liquid contact operation includes a flat membrane module using a flat membrane such as a spiral type, a flat membrane laminated type, and a plate and frame type, and a hollow fiber. There is an annular membrane module using a simple annular membrane. Among them, hollow fiber membrane modules and spiral type membrane modules are common.

【0006】中空糸膜モジュールの場合、中空糸膜内部
に純水が層流の状態で流動するため、中空糸膜の内周面
近傍での境膜抵抗が大きく、純水へのオゾンガスの移動
係数が低い。また、中空糸膜モジュールでは、構造上、
膜の充填効率が低いため、膜モジュールとしては大型の
ものになり、コストも高くなる。
In the case of the hollow fiber membrane module, since pure water flows in a laminar state inside the hollow fiber membrane, the membrane resistance near the inner peripheral surface of the hollow fiber membrane is large, and the transfer of ozone gas to the pure water is performed. The coefficient is low. In the hollow fiber membrane module,
Since the filling efficiency of the membrane is low, the membrane module is large and the cost is high.

【0007】一方、スパイラル型膜モジュールでは、液
体側流路に乱流促進を図る流路材を用いることにより、
多孔質膜近傍の境膜抵抗が低くなり、純水へのオゾンガ
スの移動係数が高くなる。また、スパイラル型膜モジュ
ールでは、膜の充填効率が高いため膜モジュールを小型
化でき、コストも低く抑えられるという利点を有する。
On the other hand, in the spiral type membrane module, by using a channel material for promoting turbulence in the liquid side channel,
The film resistance near the porous film decreases, and the transfer coefficient of ozone gas to pure water increases. Further, the spiral type membrane module has an advantage that the membrane filling efficiency is high and the membrane module can be reduced in size and the cost can be reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多孔質
膜を用いた膜モジュールでは、液体側流路で発生する水
蒸気が多孔質膜を透過し、気体側流路で凝縮し、凝縮水
が発生する現象が起こる場合がある。
However, in a membrane module using a porous membrane, water vapor generated in the liquid-side flow path passes through the porous membrane and condenses in the gas-side flow path to generate condensed water. A phenomenon may occur.

【0009】また、スパイラル型膜モジュールの場合、
気体側流路材、多孔質膜および液体側流路材が重ね合わ
されて有孔中空管の外周面に巻回されるため、気体側流
路は多孔質膜間に挟まれた狭いスペースとなる。このた
め、凝縮水が気体側流路から速やかに流出することが困
難となり、徐々に気体側流路内に溜まるようになる。そ
れにより、実質的な気液接触面積が減少することから、
長期間使用するとオゾン水の濃度が低下するという問題
が生じる。
In the case of a spiral type membrane module,
Since the gas-side channel material, the porous membrane, and the liquid-side channel material are superimposed and wound around the outer peripheral surface of the perforated hollow tube, the gas-side channel has a narrow space interposed between the porous membranes. Become. For this reason, it is difficult for the condensed water to quickly flow out of the gas-side flow path, and gradually accumulates in the gas-side flow path. Thereby, since a substantial gas-liquid contact area is reduced,
When used for a long time, there is a problem that the concentration of ozone water decreases.

【0010】また、気体側流路に凝縮水が溜まると、気
体側流路での圧力損失が大きくなり、気体側流路内の圧
力が液体側流路内の圧力より高くなり、気泡が液体側流
路内に発生する問題も生じる。
When condensed water accumulates in the gas-side flow path, the pressure loss in the gas-side flow path increases, the pressure in the gas-side flow path becomes higher than the pressure in the liquid-side flow path, and the bubbles become liquid. A problem that occurs in the side channel also occurs.

【0011】この場合には、スパイラル型気液接触膜モ
ジュールの運転を停止し、気体側流路に乾燥空気を通気
するなどして凝縮水を蒸発させる必要がある。しかしな
がら、この手法は非連続操作であるため実用上問題があ
る。
In this case, it is necessary to stop the operation of the spiral type gas-liquid contact membrane module and evaporate the condensed water by, for example, passing dry air through the gas side flow path. However, this method has a practical problem because it is a discontinuous operation.

【0012】本発明の目的は、気体側流路の凝縮水を速
やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下お
よび気体溶解液への気泡の混入が発生しないスパイラル
型気液接触膜エレメントおよびスパイラル型気液接触膜
モジュールを提供することである。
An object of the present invention is to rapidly discharge condensed water in a gas side flow path, thereby reducing the concentration of a gas solution and preventing air bubbles from being mixed into the gas solution. And a spiral type gas-liquid contact membrane module.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明に係るスパイラル型気液接触膜エレメントは、透過
性膜と流路材とを重ねて有孔中空管の外周面にスパイラ
ル状に巻回することにより形成されたスパイラル型気液
接触膜エレメントであって、流路材として、気体の流動
方向に沿った溝部が設けられた気体側流路材を複数枚重
ねて用いるものである。
The spiral-type gas-liquid contact membrane element according to the first aspect of the present invention is a spiral-type gas-liquid contact membrane element in which a permeable membrane and a flow path material are superimposed on the outer peripheral surface of a perforated hollow tube. A spiral-type gas-liquid contact membrane element formed by winding a plurality of gas-side flow path members provided with grooves along the flow direction of gas as a flow path material. is there.

【0014】本発明に係るスパイラル型気液接触膜エレ
メントにおいては、気体の流動方向に沿った溝部が設け
られた気体側流路材が複数枚重ねられているので、気体
側流路に発生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を
速やかに流動する。それにより、気体側流路に凝縮水が
滞留せず、速やかに排出される。したがって、凝縮水の
滞留による気液接触面積の減少が防止されるので、気体
溶解液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留に
よる気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、
気体側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなるこ
とがなく、液体中に気泡が発生しない。
In the spiral type gas-liquid contact membrane element according to the present invention, since a plurality of gas-side flow path members provided with grooves along the gas flow direction are stacked, the gas-flow-side flow element is generated in the gas-side flow path. Condensed water quickly flows in the plurality of grooves together with the gas. This allows the condensed water to be quickly discharged without staying in the gas-side flow path. Therefore, a decrease in the gas-liquid contact area due to the stagnation of the condensed water is prevented, so that the concentration of the gas solution does not decrease. In addition, since an increase in pressure loss in the gas side flow channel due to stagnation of condensed water is prevented,
The pressure in the gas-side flow path does not become higher than the pressure in the liquid-side flow path, and no bubbles are generated in the liquid.

【0015】気体側流路材の片面に溝部が設けられてい
ることが好ましい。この場合、気体側流路材一枚の厚さ
を薄くすることができ、スパイラル型気液接触膜エレメ
ントを小型化することができる。
Preferably, a groove is provided on one side of the gas-side flow path member. In this case, the thickness of one gas-side flow path member can be reduced, and the spiral gas-liquid contact membrane element can be downsized.

【0016】溝部が互いに対向するように気体側流路材
が重ねられることが好ましい。この場合、より大きな流
路を有する溝部を形成することができ、気体側流路材に
おける圧力損失をより小さくすることができる。
Preferably, the gas-side flow path members are overlapped so that the grooves are opposed to each other. In this case, a groove having a larger flow path can be formed, and the pressure loss in the gas-side flow path material can be further reduced.

【0017】溝部が連続形状をしていることが好まし
い。この場合、凝縮水は流動開始点から終点まで障害物
のない連続した溝部を流れる。したがって、溝部内での
気体および凝縮水の流動抵抗が小さくなる。
Preferably, the groove has a continuous shape. In this case, the condensed water flows through a continuous groove from the flow start point to the end point without any obstacles. Therefore, the flow resistance of gas and condensed water in the groove is reduced.

【0018】溝部が直線形状をしていることが好まし
い。この場合、溝部の流路長さが最短となり、気体およ
び凝縮水の流動抵抗が減少する。その結果、凝縮水が速
やかに外部に排出される。
Preferably, the groove has a linear shape. In this case, the flow path length of the groove becomes the shortest, and the flow resistance of gas and condensed water decreases. As a result, the condensed water is quickly discharged to the outside.

【0019】気体側流路材は織物または編物からなるこ
とが好ましい。この場合、気体側流路材に溝部を容易に
設けることができる。
It is preferable that the gas-side channel material is made of a woven or knitted fabric. In this case, the groove can be easily provided in the gas-side flow path member.

【0020】気体側流路材一枚の厚さは200μm以上
700μm以下であることが好ましい。気体側流路材一
枚の厚さが200μmよりも小さいと、気体側流路が狭
くなり、気体および凝縮水の流動抵抗が増加する。それ
により、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接触効
率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出することが
できないためである。一方、気体側流路材一枚の厚さが
700μmよりも大きいと、スパイラル型気液接触膜エ
レメントの寸法が大きくなり、材料費が高くなるととも
に、設置スペースも増大し、不経済なためである。
It is preferable that the thickness of one gas-side channel material is 200 μm or more and 700 μm or less. When the thickness of one gas-side flow path member is smaller than 200 μm, the gas-side flow path becomes narrow, and the flow resistance of gas and condensed water increases. As a result, gas and condensed water do not flow sufficiently, so that the gas-liquid contact efficiency is reduced and condensed water cannot be sufficiently discharged. On the other hand, if the thickness of one gas-side flow path member is larger than 700 μm, the dimensions of the spiral-type gas-liquid contact membrane element increase, the material cost increases, the installation space increases, and it is uneconomical. is there.

【0021】溝部の幅は200μm以上1000μm以
下であることが好ましい。気体側流路材の溝部の幅が2
00μmよりも小さいと、気体および凝縮水が十分に流
れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十分
に排出することが困難になるためである。一方、溝部の
幅が1000μmよりも大きいと、透過性膜が溝部内に
陥没し、透過性膜が変形するとともに気体側流路が狭く
なるためである。
The width of the groove is preferably 200 μm or more and 1000 μm or less. The width of the groove of the gas side channel material is 2
If it is smaller than 00 μm, gas and condensed water do not flow sufficiently, so that the gas-liquid contact efficiency is reduced and it is difficult to sufficiently discharge condensed water. On the other hand, if the width of the groove is larger than 1000 μm, the permeable membrane will be depressed in the groove, deforming the permeable membrane and narrowing the gas-side flow path.

【0022】溝部の深さは100μm以上500μm以
下であることが好ましい。気体側流路材の溝部の深さが
100μmよりも小さいと、気体および凝縮水が十分に
流れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十
分に排出することが困難になるためである。一方、溝部
の深さが500μmよりも大きいと、気体側流路材の厚
さが大きくなり、そのため、スパイラル型気液接触膜エ
レメントの寸法が大きくなり、材料費も高くなるととも
に、設置スペースも増大し、不経済なためである。
The depth of the groove is preferably 100 μm or more and 500 μm or less. If the depth of the groove of the gas side channel material is smaller than 100 μm, gas and condensed water will not flow sufficiently, and the gas-liquid contact efficiency will be reduced, and it will be difficult to sufficiently discharge condensed water. is there. On the other hand, when the depth of the groove is larger than 500 μm, the thickness of the gas-side flow path material becomes large, so that the dimensions of the spiral type gas-liquid contact membrane element become large, the material cost becomes high, and the installation space becomes large. It is because it increases and is uneconomical.

【0023】溝部間の凸部の幅は250μm以上750
μm以下であることが好ましい。気体側流路材の溝部間
の凸部の幅が250μmよりも小さいと、気体側流路材
の強度が低下し、透過性膜の液体側からの圧力により、
凸部がつぶれてしまう可能性があるためである。一方、
凸部の幅が750μmよりも大きいと、気体側流路が狭
くなり気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十分
に排出することが困難になるためである。
The width of the projection between the grooves is 250 μm or more and 750 or more.
It is preferably not more than μm. If the width of the convex portion between the grooves of the gas-side flow path material is smaller than 250 μm, the strength of the gas-side flow path material decreases, and the pressure from the liquid side of the permeable membrane causes
This is because the protrusion may be crushed. on the other hand,
If the width of the convex portion is larger than 750 μm, the gas-side flow path becomes narrow, the gas-liquid contact efficiency decreases, and it becomes difficult to sufficiently discharge condensed water.

【0024】気体側流路材がフッ素樹脂からなることが
好ましい。フッ素樹脂は種々の気体および液体に対して
耐久性があるため広い分野への適用が可能となる。特
に、オゾンおよびオゾン水に対する耐久性があるためオ
ゾン水の製造に好適に使用できる。
It is preferable that the gas-side channel material is made of a fluororesin. Fluororesins have durability against various gases and liquids, so that they can be applied to a wide range of fields. Particularly, since it has durability against ozone and ozone water, it can be suitably used for production of ozone water.

【0025】透過性膜が連続または独立した一または複
数対の多孔質膜からなり、多孔質膜が内側に液体側流路
材を挟んでかつ外側に気体側流路材を重ねて有孔中空管
の外周面にスパイラル状に巻回され、多孔質膜間で液体
側流路材により形成される液体側流路の内周側の側部お
よび外周側の側部が封止されるとともに、多孔質膜間で
気体側流路材により形成される気体側流路の両端部が封
止されることが好ましい。
The permeable membrane is composed of one or more pairs of continuous or independent porous membranes, and the porous membrane is formed by sandwiching the liquid-side channel material on the inside and the gas-side channel material on the outside to form The inner peripheral side and the outer peripheral side of the liquid-side flow path formed by the liquid-side flow path material between the porous membranes are spirally wound around the outer peripheral surface of the empty tube, and are sealed. Preferably, both ends of the gas-side flow path formed by the gas-side flow path material between the porous membranes are sealed.

【0026】この場合、気体は、有孔中空管内を通り、
スパイラル状の気体側流路内を流れ、液体は、有孔中空
管にほぼ平行にスパイラル型気液接触膜エレメントの一
方の端部から他方の端部へ液体側流路内を流れる。この
過程で、気体と液体とは多孔質膜を介して接触し、目的
成分の透過作用が行われる。このとき、気体側流路に発
生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を速やかに流
動し、速やかに排出される。したがって、凝縮水の滞留
による気液接触面積の減少が防止されるので、気体溶解
液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留による
気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、気体
側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなることが
なく、液体中に気泡が発生しない。
In this case, the gas passes through the perforated hollow tube,
The liquid flows in the spiral gas-side flow path, and the liquid flows in the liquid-side flow path from one end to the other end of the spiral-type gas-liquid contact membrane element substantially parallel to the perforated hollow tube. In this process, the gas and the liquid come into contact with each other via the porous membrane, and the permeation of the target component is performed. At this time, the condensed water generated in the gas-side flow path quickly flows through the plurality of grooves together with the gas, and is quickly discharged. Therefore, a decrease in the gas-liquid contact area due to the stagnation of the condensed water is prevented, so that the concentration of the gas solution does not decrease. In addition, since the pressure loss in the gas-side flow path due to the accumulation of condensed water is prevented, the pressure in the gas-side flow path does not become higher than the pressure in the liquid-side flow path, and bubbles are generated in the liquid. do not do.

【0027】第2の発明に係るスパイラル型気液接触膜
モジュールは、第1の発明に係るスパイラル型気液接触
膜エレメントを容器内に収容したものである。
A spiral-type gas-liquid contact membrane module according to a second aspect of the present invention contains the spiral-type gas-liquid contact membrane element according to the first aspect in a container.

【0028】本発明に係るスパイラル型気液接触膜モジ
ュールにおいては、スパイラル型気液接触膜エレメント
の気体側流路材として、気体の流動方向に沿った溝部が
設けられた流路材が複数枚重ねられているので、気体側
流路に発生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を速
やかに流動する。それにより、気体側流路に凝縮水が滞
留せず、速やかに排出される。したがって、凝縮水の滞
留による気液接触面積の減少が防止されるので、気体溶
解液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留によ
る気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、気
体側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなること
がなく、液体中に気泡が発生しない。
In the spiral-type gas-liquid contact membrane module according to the present invention, the gas-side channel material of the spiral-type gas-liquid contact membrane element includes a plurality of channel members provided with grooves along the gas flow direction. Since they are overlapped, the condensed water generated in the gas-side flow path quickly flows in the plurality of grooves together with the gas. This allows the condensed water to be quickly discharged without staying in the gas-side flow path. Therefore, a decrease in the gas-liquid contact area due to the stagnation of the condensed water is prevented, so that the concentration of the gas solution does not decrease. In addition, since the pressure loss in the gas-side flow path due to the accumulation of condensed water is prevented, the pressure in the gas-side flow path does not become higher than the pressure in the liquid-side flow path, and bubbles are generated in the liquid. do not do.

【0029】第3の発明に係るスパイラル型気液接触膜
モジュールは、連続または独立した一または複数対の多
孔質膜を、内側に第1の流路材を挟んでかつ外側に第2
の流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に
巻回することによりスパイラル型気液接触膜エレメント
が形成され、多孔質膜間で第1の流路材により形成され
る第1の流路の内周側の側部および外周側の側部が封止
されるとともに、多孔質膜間で第2の流路材により形成
される第2の流路の両端部が封止され、スパイラル型気
液接触膜エレメントは、筒形容器内に収容され、筒形容
器は、両端部にそれぞれ第1の流体口を有しかつ少なく
とも一端部および外周部にそれぞれ第2の流体口を有
し、筒形容器内でスパイラル型気液接触膜エレメントの
両端部側にそれぞれ形成される第1の空間とスパイラル
型気液接触膜エレメントの外周側に形成される第2の空
間とが分離され、第1の空間が第1の流体口に連通し、
第2の空間が筒形容器の外周部の第2の流体口に連通し
かつ有孔中空管の内部が筒形容器の少なくとも一端部の
第2の流体口に連通し、前記第1および第2の流路材の
うち気体が流動する気体側流路材として、気体の流動方
向に沿った溝部が設けられた気体側流路材を複数枚重ね
て用いるものである。
A spiral type gas-liquid contact membrane module according to a third aspect of the present invention comprises a continuous or independent pair of porous membranes having a first flow path material on the inside and a second on the outside.
Are spirally wound around the outer peripheral surface of the perforated hollow tube to form a spiral-type gas-liquid contact membrane element, which is formed between the porous membranes by the first channel material. The inner side and the outer side of the first channel are sealed, and both ends of the second channel formed by the second channel material between the porous membranes are sealed. The spiral-type gas-liquid contact membrane element is housed in a cylindrical container, and the cylindrical container has a first fluid port at each end and a second fluid port at least at one end and the outer peripheral portion. A first space formed at each end of the spiral-type gas-liquid contact membrane element in the cylindrical container, and a second space formed at the outer peripheral side of the spiral-type gas-liquid contact membrane element in the cylindrical container. Are separated, the first space communicates with the first fluid port,
The second space communicates with a second fluid port on an outer peripheral portion of the cylindrical container, and the inside of the perforated hollow tube communicates with a second fluid port on at least one end of the cylindrical container. As the gas-side flow path material through which the gas flows in the second flow path material, a plurality of gas-side flow path materials provided with grooves along the flow direction of the gas are used in a stacked manner.

【0030】本発明に係るスパイラル型気液接触膜モジ
ュールにおいて、第1の流体は、筒形容器の一端部の第
1の流体口から一方の第1の空間内に供給され、スパイ
ラル型気液接触膜エレメントの多孔質膜間に形成された
第1の流路を通り他方の第1の空間に流動し、筒形容器
の他端部の第1の流体口から外部に排出される。また、
第2の流体は、筒形容器の少なくとも一端部の第2の流
体口から有孔中空管の内部に供給され、スパイラル型気
液接触膜エレメントの多孔質膜間に形成された第2の流
路を通り筒形容器内の第2の空間に流動し、筒形容器の
外周部に形成された第2の流体口から外部に排出され
る。
In the spiral-type gas-liquid contact membrane module according to the present invention, the first fluid is supplied into one of the first spaces from the first fluid port at one end of the cylindrical container, and the spiral-type gas-liquid The fluid flows through the first flow path formed between the porous membranes of the contact membrane element into the other first space, and is discharged to the outside through the first fluid port at the other end of the cylindrical container. Also,
The second fluid is supplied to the inside of the perforated hollow tube from the second fluid port at at least one end of the cylindrical container, and the second fluid is formed between the porous membranes of the spiral-type gas-liquid contact membrane element. The fluid flows through the flow path into the second space in the cylindrical container, and is discharged to the outside through a second fluid port formed in the outer peripheral portion of the cylindrical container.

【0031】筒形容器の内部において、第1の流体は有
孔中空管にほぼ平行に流動し、第2の流体は多孔質膜を
介して第1の流体とほぼ直交する方向にスパイラル状に
流動する。第1の流体と第2の流体とは多孔質膜を介し
て接触し、目的成分の透過作用が行われる。
[0031] Inside the cylindrical container, the first fluid flows substantially parallel to the perforated hollow tube, and the second fluid spirals in a direction substantially orthogonal to the first fluid via the porous membrane. Flows to The first fluid and the second fluid come into contact with each other via the porous membrane, and the permeation of the target component is performed.

【0032】第1の流体が気体であり、第2の流体が液
体である場合、第1の流路内に発生した凝縮水は、複数
枚の流路材に設けられた、有孔中空管と平行方向の溝部
に沿って速やかに流動し、第1の流体口から外部へ排出
される。また、第2の流体が気体であり、第1の流体が
液体である場合、第2の流路内に発生した凝縮水は、複
数枚の流路材に設けられた、有孔中空管と直交方向の溝
部に沿って速やかに流動し、第2の流体口から外部へ排
出される。したがって、凝縮水の滞留による気液接触面
積の減少が防止されるので、気体溶解液の濃度の低下が
生じない。また、凝縮水の滞留による気体側流路での圧
力損失の増加が防止されるので、気体側流路の圧力が液
体側流路の圧力よりも高くなることがなく、液体中に気
泡が発生しない。
When the first fluid is a gas and the second fluid is a liquid, the condensed water generated in the first flow path is perforated hollow provided in a plurality of flow path members. The fluid quickly flows along the groove parallel to the pipe, and is discharged to the outside from the first fluid port. When the second fluid is a gas and the first fluid is a liquid, the condensed water generated in the second flow path is a perforated hollow tube provided in a plurality of flow path members. Flows quickly along the groove in the direction perpendicular to the second direction, and is discharged from the second fluid port to the outside. Therefore, a decrease in the gas-liquid contact area due to the stagnation of the condensed water is prevented, so that the concentration of the gas solution does not decrease. In addition, since the pressure loss in the gas-side flow path due to the accumulation of condensed water is prevented, the pressure in the gas-side flow path does not become higher than the pressure in the liquid-side flow path, and bubbles are generated in the liquid. do not do.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスパイラル型
気液接触膜モジュールの一実施の形態について説明す
る。以下の説明では、オゾンガスおよび純水を用いてオ
ゾン水を生成する場合を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a spiral type gas-liquid contact membrane module according to the present invention will be described. In the following description, a case where ozone water is generated using ozone gas and pure water will be described.

【0034】図1は本発明による一実施の形態のスパイ
ラル型気液接触膜モジュールを示す軸方向の断面図、図
2は図1のスパイラル型気液接触膜モジュールにおける
スパイラル型気液接触膜エレメントの一部切欠き斜視
図、図3は図1中のA−A線断面図、図4は図1のスパ
イラル型気液接触膜エレメントの封止部の拡大断面図で
ある。
FIG. 1 is an axial sectional view showing a spiral type gas-liquid contact membrane module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a spiral type gas-liquid contact membrane element in the spiral type gas-liquid contact membrane module of FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged sectional view of a sealing portion of the spiral type gas-liquid contact membrane element in FIG.

【0035】図1に示すスパイラル型気液接触膜モジュ
ール1は、圧力容器である円筒容器2および円筒容器2
の内部に挿入されたスパイラル型気液接触膜エレメント
10を備える。円筒容器2は円筒状の胴部を有し、胴部
の一方端部3に液体入口4が形成され、他方端部5に気
体溶解液出口6が形成されている。また、円筒容器2の
胴部の外周面には気体出口7が1または複数箇所形成さ
れている。
A spiral-type gas-liquid contact membrane module 1 shown in FIG. 1 includes a cylindrical container 2 as a pressure container and a cylindrical container 2.
A spiral-type gas-liquid contact membrane element 10 inserted into the inside. The cylindrical container 2 has a cylindrical body, and a liquid inlet 4 is formed at one end 3 of the body and a gas solution outlet 6 is formed at the other end 5. One or more gas outlets 7 are formed on the outer peripheral surface of the body of the cylindrical container 2.

【0036】有孔中空管からなる気体供給管11の一方
端は円筒容器2の一方端部3を貫通して気体入口11a
を構成し、他方端は樹脂剤16により密封されている。
気体供給管11の管壁には、供給流体流量に対して圧力
損失を低く抑えることができるように複数の供給孔11
bが形成されている。
One end of a gas supply pipe 11 composed of a perforated hollow pipe penetrates one end 3 of the cylindrical container 2 and has a gas inlet 11a.
And the other end is sealed with a resin material 16.
A plurality of supply holes 11 are provided in the pipe wall of the gas supply pipe 11 so that the pressure loss with respect to the supply fluid flow rate can be suppressed low.
b is formed.

【0037】図2において、スパイラル型気液接触膜エ
レメント10は、液体側流路材13の両面に疎水性多孔
質膜14を重ね合わせ、さらに疎水性多孔質膜14の他
方の面に2枚の気体側流路材15を重ね合わせ、それら
を気体供給管11の周りに巻回することにより構成され
ている。
In FIG. 2, a spiral-type gas-liquid contact membrane element 10 has a structure in which a hydrophobic porous film 14 is superposed on both surfaces of a liquid-side flow path member 13, and two sheets are further provided on the other surface of the hydrophobic porous film 14. The gas-side flow path members 15 are overlapped and wound around the gas supply pipe 11.

【0038】また、各気体側流路材15には、気体供給
管11の軸方向に垂直な方向に直線状に延びる連続的な
溝部15aが形成されている。
Each gas-side flow path member 15 is formed with a continuous groove 15 a extending linearly in a direction perpendicular to the axial direction of the gas supply pipe 11.

【0039】オゾンガスあるいはオゾン水に接する部材
の材質としては、オゾンに対する耐久性を有することは
もちろんのこと、部材の成分の溶出がないものを選定す
る必要がある。一般的にフッ素樹脂が用いられている
が、中でも四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、パーフ
ルオロアルコキシ樹脂(PFA)が好適に用いられる。
また、用途および使用条件によって、ビニリデンフルオ
ライド樹脂(PVDF)、パーフルオロエチレンプロピ
レン樹脂(FEP)を用いることもできる。
It is necessary to select a material which is in contact with ozone gas or ozone water and which has not only durability against ozone but also does not elute components of the member. Generally, a fluororesin is used, and among them, a tetrafluoroethylene resin (PTFE) and a perfluoroalkoxy resin (PFA) are preferably used.
Further, depending on the application and use conditions, a vinylidene fluoride resin (PVDF) or a perfluoroethylene propylene resin (FEP) can be used.

【0040】本実施の形態では、疎水性多孔質膜14と
して、平均孔径が0.01〜1μmのPTFEからなる
平膜を用いる。また、液体側流路材13としては、PF
Aからなる線材を平織して形成されたネットを用いる。
また、気体側流路材15はPFAにより形成される。
In this embodiment, a flat membrane made of PTFE having an average pore diameter of 0.01 to 1 μm is used as the hydrophobic porous membrane 14. Further, as the liquid-side flow path member 13, PF
A net formed by plain weaving a wire made of A is used.
Further, the gas-side flow path member 15 is formed of PFA.

【0041】図3に示すように、液体側流路材13を挟
んだ疎水性多孔質膜14間のスパイラル状の空間が液体
側流路19を構成する。スパイラル状の液体側流路19
の内周側の側部(気体供給管11に平行な辺)および外
周側の側部が、液体側流路材13を挟む疎水性多孔質膜
14同士を融接することにより封止されている。これに
より、液体側流路19の内周側の側部および外周側の側
部にそれぞれ内周側封止部21aおよび外周側封止部2
1bが形成される。したがって、液体側流路19は、純
水およびオゾン水がスパイラル型気液接触膜エレメント
10の軸方向に流動可能な空間になる。また、液体側流
路19の軸方向の両端部は開放されており、純水の流入
およびオゾン水の流出が可能である。
As shown in FIG. 3, the spiral space between the hydrophobic porous membranes 14 sandwiching the liquid-side flow path member 13 constitutes the liquid-side flow path 19. Spiral liquid side flow path 19
The inner peripheral side (side parallel to the gas supply pipe 11) and the outer peripheral side are sealed by fusion welding the hydrophobic porous membranes 14 sandwiching the liquid-side flow path material 13. . Thereby, the inner peripheral side sealing portion 21a and the outer peripheral side sealing portion 2 are provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the liquid side flow path 19, respectively.
1b is formed. Therefore, the liquid side flow path 19 is a space in which pure water and ozone water can flow in the axial direction of the spiral gas-liquid contact membrane element 10. Both ends of the liquid side flow path 19 in the axial direction are open, so that pure water can flow in and ozone water can flow out.

【0042】なお、本実施の形態では、2枚の疎水性多
孔質膜14の間に液体側流路材13を挟んで両方の側部
を融接しているが、1枚の疎水性多孔質膜14を折り畳
んでその間に液体側流路材13を挿入し、一方の側部を
融接してもよい。
In the present embodiment, both sides are fusion-welded with the liquid-side flow path material 13 interposed between the two hydrophobic porous membranes 14, but one hydrophobic porous membrane 14 is used. The membrane 14 may be folded, and the liquid-side channel material 13 may be inserted therebetween, and one side may be welded.

【0043】2枚の気体側流路材15を挟んだ疎水性多
孔質膜14間のスパイラル状の空間が気体側流路18を
構成する。そして、図4に示すように、スパイラル状の
気体側流路18の軸方向の両端部は、樹脂材17により
封止される。また、スパイラル型気液接触膜エレメント
10の外周面の両端部と円筒容器2の胴部の内周面との
間も樹脂材17により封止され、円筒形空間18aを形
成する。これにより、気体側流路18の両端部に封止部
10b,10cが形成される。したがって、気体側流路
18は、オゾンガス25がスパイラル型気液接触膜エレ
メント10のスパイラル方向に流動可能な空間となり、
オゾンガス25が円筒形空間18aから気体出口7を通
ってモジュール外へ流動可能となる。
The spiral space between the hydrophobic porous membranes 14 sandwiching the two gas side flow path members 15 constitutes the gas side flow path 18. Then, as shown in FIG. 4, both ends in the axial direction of the spiral gas-side flow path 18 are sealed with a resin material 17. The space between both ends of the outer peripheral surface of the spiral-type gas-liquid contact membrane element 10 and the inner peripheral surface of the body of the cylindrical container 2 is also sealed with the resin material 17 to form a cylindrical space 18a. Thereby, sealing portions 10b and 10c are formed at both ends of the gas-side flow path 18. Therefore, the gas side flow path 18 is a space in which the ozone gas 25 can flow in the spiral direction of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10,
The ozone gas 25 can flow out of the module from the cylindrical space 18a through the gas outlet 7.

【0044】このように、スパイラル型気液接触膜エレ
メント10の両端部の封止部10b,10cを除く気液
接触部10aにおける気体側流路18と液体側流路19
とは、疎水性多孔質膜14、外周側封止部21a、内周
側封止部21bおよび封止部10b,10cによって、
分離された構成となる。
As described above, the gas-side flow path 18 and the liquid-side flow path 19 in the gas-liquid contact portion 10a excluding the sealing portions 10b and 10c at both ends of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10.
Is defined by the hydrophobic porous membrane 14, the outer peripheral side sealing portion 21a, the inner peripheral side sealing portion 21b, and the sealing portions 10b and 10c.
It has a separate configuration.

【0045】図5は図2のスパイラル型気液接触膜エレ
メント10の気体側流路材15の一例を示す模式図であ
る。図5の気体側流路材15は、連続する直線形状をし
た多数の溝部15aを両面に有する織物からなる。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the gas-side flow path member 15 of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10 of FIG. The gas-side channel member 15 in FIG. 5 is made of a woven fabric having a large number of continuous linear grooves 15a on both surfaces.

【0046】図6は、図4に示すB部の拡大断面図であ
る。図6に示すように、本実施の形態では、気体側流路
材15の溝部15aが対向するように2枚の気体側流路
材15が重ねられ、2枚の疎水性多孔質膜14の間に配
置される。したがって、2枚の気体側流路材15の溝部
15aが併せられ、溝部15aにより形成される空間部
分の断面積が大きくなり、気体および凝縮水を十分に流
動させることができ、気液接触効率を向上することがで
きるとともに、凝縮水を十分に排出することができる。
なお、気体側流路材の枚数は、上記の例に特に限定され
ず、他の枚数であってもよい。
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a portion B shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, two gas-side flow path members 15 are stacked so that the grooves 15 a of the gas-side flow path members 15 face each other, and two hydrophobic porous membranes 14 are formed. Placed between. Accordingly, the grooves 15a of the two gas-side flow path members 15 are combined, the cross-sectional area of the space formed by the grooves 15a is increased, and the gas and the condensed water can flow sufficiently, and the gas-liquid contact efficiency can be improved. And condensed water can be sufficiently discharged.
The number of gas-side flow path members is not particularly limited to the above example, and may be another number.

【0047】図5および図6の気体側流路材15におい
て、気体側流路材15の一枚の厚さが200μmよりも
小さいと、気体側流路が狭くなり、気体および凝縮水の
流動抵抗が増加する。それにより、気体および凝縮水が
十分に流れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮
水を十分に排出することができない。一方、気体側流路
材15の一枚の厚さが700μmよりも大きいと、スパ
イラル型気液接触膜エレメント10の径が大きくなり、
材料費も高くなるので不経済である。また、設置スペー
スも増大し、不経済である。したがって、気体側流路材
15の厚さは200〜700μmであることが好まし
い。
5 and 6, when the thickness of one of the gas side flow path members 15 is smaller than 200 μm, the gas side flow path becomes narrow, and the flow of gas and condensed water is reduced. Resistance increases. As a result, the gas and the condensed water do not flow sufficiently, the gas-liquid contact efficiency is reduced, and the condensed water cannot be sufficiently discharged. On the other hand, when the thickness of one gas-side flow path member 15 is greater than 700 μm, the diameter of the spiral-type gas-liquid contact membrane element 10 increases,
It is uneconomical because the material cost is high. In addition, the installation space is increased, which is uneconomical. Therefore, the thickness of the gas-side flow path member 15 is preferably 200 to 700 μm.

【0048】また、溝部15aの幅が200μmよりも
小さいと、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接触
効率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出すること
が困難になる。一方、溝部15aの幅が1000μmよ
りも大きいと、疎水性多孔質膜14が溝部15a内に陥
没し、疎水性多孔質膜14が変形するとともに気体側流
路が狭くなる。したがって、溝部15aの幅は200〜
1000μmであることが好ましい。
If the width of the groove 15a is smaller than 200 μm, the gas and the condensed water do not flow sufficiently, so that the gas-liquid contact efficiency is reduced and it is difficult to sufficiently discharge the condensed water. On the other hand, when the width of the groove 15a is larger than 1000 μm, the hydrophobic porous film 14 is depressed in the groove 15a, the hydrophobic porous film 14 is deformed, and the gas-side flow path becomes narrow. Therefore, the width of the groove 15a is 200 to
Preferably it is 1000 μm.

【0049】また、溝部15aの深さが100μmより
も小さいと、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接
触効率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出するこ
とが困難になる。一方、溝部15aの深さが500μm
よりも大きいと、気体側流路材15の厚さが大きくな
り、そのため、スパイラル型気液接触膜エレメント10
の径が大きくなり、材料費も高くなるので不経済であ
る。また、設置スペースも増大し、不経済である。した
がって、溝部15aの深さは100〜500μmである
ことが好ましい。
If the depth of the groove 15a is smaller than 100 μm, the gas and the condensed water do not flow sufficiently, so that the gas-liquid contact efficiency is reduced and it is difficult to sufficiently discharge the condensed water. On the other hand, the depth of the groove 15a is 500 μm
If it is larger than this, the thickness of the gas-side flow path member 15 increases, and therefore, the spiral-type gas-liquid contact membrane element 10
This is uneconomical because the diameter of the material increases and the material cost increases. In addition, the installation space is increased, which is uneconomical. Therefore, it is preferable that the depth of the groove 15a is 100 to 500 μm.

【0050】さらに、溝部15a間の凸部15bの幅が
250μmよりも小さいと、気体側流路材15の強度が
低下し、疎水性多孔質膜14の他面側の液体の圧力によ
り、凸部15bがつぶれてしまう可能性がある。一方、
凸部15bの幅が750μmよりも大きいと、気体側流
路が狭くなり、気液接触効率が低下するとともに、凝縮
水を十分に排出することが困難になる。したがって、凸
部15bの幅は250〜750μmであることが好まし
い。
Further, when the width of the projections 15b between the grooves 15a is smaller than 250 μm, the strength of the gas-side flow path member 15 is reduced, and the projections due to the pressure of the liquid on the other surface side of the hydrophobic porous membrane 14 are reduced. The portion 15b may be crushed. on the other hand,
If the width of the convex portion 15b is larger than 750 μm, the gas-side flow path becomes narrow, the gas-liquid contact efficiency decreases, and it becomes difficult to sufficiently discharge condensed water. Therefore, it is preferable that the width of the convex portion 15b is 250 to 750 μm.

【0051】図1のスパイラル型気液接触膜モジュール
1の運転時には、純水30は液体入口4を通り、円筒容
器2の一方端部3とスパイラル型気液接触膜エレメント
10の端面とで構成された入口空間3aに流入する。そ
して、液体側流路19内を図2に示すように、液体側流
路材13に沿って軸方向に流れる。
When the spiral type gas-liquid contact membrane module 1 of FIG. 1 is operated, the pure water 30 passes through the liquid inlet 4, and is constituted by one end 3 of the cylindrical container 2 and the end face of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10. Flows into the entrance space 3a. Then, as shown in FIG. 2, the liquid flows in the liquid side flow path 19 in the axial direction along the liquid side flow path member 13.

【0052】一方、オゾンガス25は、図1に示すよう
に、気体入口11aから気体供給管11の内部に供給さ
れる。そして、図3に示すように、気体供給管11の側
面の供給孔11bから気体側流路18内に入り、気体側
流路材に沿って気体供給管11に直交する方向にスパイ
ラル状に流動し、円筒容器2の内側の円筒形空間18a
を通って気体出口7から外部へ排出される。なお、気体
出口7を複数設けることによって気体側流路18におけ
るオゾンガス25の流れを均一にすることができる。
On the other hand, the ozone gas 25 is supplied from the gas inlet 11a into the gas supply pipe 11 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3, the gas enters the gas-side flow path 18 through the supply hole 11 b on the side surface of the gas supply pipe 11, and flows spirally in the direction orthogonal to the gas supply pipe 11 along the gas-side flow path material. And the cylindrical space 18a inside the cylindrical container 2
Through the gas outlet 7 to the outside. By providing a plurality of gas outlets 7, the flow of the ozone gas 25 in the gas-side flow path 18 can be made uniform.

【0053】図2に示すように、スパイラル型気液接触
膜エレメント10の気液接触部10aでは、気体供給管
11にほぼ直交する方向にスパイラル状に流動するオゾ
ンガス25と気体供給管11に平行に流動する純水30
とが疎水性多孔質膜14を介して接触する。これによ
り、オゾンガス25が疎水性多孔質膜14を透過して純
水30中に溶解し、オゾン水31が生成される。
As shown in FIG. 2, at the gas-liquid contact portion 10 a of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10, the ozone gas 25 flowing spirally in a direction substantially perpendicular to the gas supply pipe 11 and the gas supply pipe 11 Pure water 30 flowing
Are in contact with each other via the hydrophobic porous membrane 14. Thereby, the ozone gas 25 permeates through the hydrophobic porous membrane 14 and dissolves in the pure water 30 to generate ozone water 31.

【0054】スパイラル型気液接触膜エレメント10の
端面から流出したオゾン水31は、図1に示すように、
円筒容器2の他方端部5とスパイラル型気液接触膜エレ
メント10の端面とで構成された出口空間5aを通り、
気体溶解液出口6から外部へ排出される。
The ozone water 31 flowing out from the end face of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10 is, as shown in FIG.
Through the outlet space 5a formed by the other end 5 of the cylindrical container 2 and the end surface of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10,
It is discharged from the gas solution outlet 6 to the outside.

【0055】また、図2に示すように、スパイラル型気
液接触膜エレメント10の液体側流路19(図3参照)
で発生した水蒸気9は、疎水性多孔質膜14を透過し、
気体側流路18(図3参照)で凝縮する。このようにし
て発生した凝縮水8は、気体供給管11にほぼ直交する
方向に延びる気体側流路材15の溝部15aに沿ってオ
ゾンガス25とともにスパイラル状に流動し、気体出口
7から排出される。この場合、溝部15aは直線的にス
パイラル型気液接触膜エレメント10の外周部まで続い
ているため、凝縮水8は外周部まで速やかに流動でき
る。
As shown in FIG. 2, the liquid-side flow path 19 of the spiral-type gas-liquid contact membrane element 10 (see FIG. 3).
The water vapor 9 generated in the above passes through the hydrophobic porous membrane 14,
It condenses in the gas side flow path 18 (see FIG. 3). The condensed water 8 thus generated flows spirally together with the ozone gas 25 along the groove 15 a of the gas-side flow path member 15 extending in a direction substantially perpendicular to the gas supply pipe 11, and is discharged from the gas outlet 7. . In this case, since the groove 15a extends linearly to the outer peripheral portion of the spiral type gas-liquid contact membrane element 10, the condensed water 8 can quickly flow to the outer peripheral portion.

【0056】その結果、凝縮水8が気体側流路18内に
滞留しないため、オゾンガス25および純水30による
気液接触操作に寄与する疎水性多孔質膜14の有効膜面
積が減少しない。このため、オゾン水濃度の低下が発生
しない。また、凝縮水8による気体側流路18の圧力損
失の増加が防止されるので、気体側流路18の圧力が液
体側流路19の圧力より高くならず、液体側流路19内
に気泡が発生する問題が発生しない。
As a result, the condensed water 8 does not stay in the gas side channel 18, so that the effective film area of the hydrophobic porous film 14 that contributes to the gas-liquid contact operation by the ozone gas 25 and the pure water 30 does not decrease. Therefore, the ozone water concentration does not decrease. In addition, since the pressure loss of the gas-side flow path 18 due to the condensed water 8 is prevented, the pressure of the gas-side flow path 18 does not become higher than the pressure of the liquid-side flow path 19, and bubbles are generated in the liquid-side flow path 19. No problem occurs.

【0057】[0057]

【実施例】[気体側流路材の評価]第1の気体側流路材
(溝内向き)として、溝部15aと平行な方向に線径2
50μmの縦糸を用い、溝部15aと垂直な方向に線径
60μmの横糸を用い、縦糸および横糸の材質としてP
FAフィラメントを用い、溝部15aの幅を400μ
m、溝部15aの深さを250μm、凸部15bの幅を
500μm、厚さを370μmとした図5に示す構造を
有する織物を、溝部が対向するようにすなわち溝構造面
を内側に向けて2枚重ねたものを作成した。第2の気体
側流路材(溝外向き)として、溝構造面を外側に向けて
上記の織物を2枚重ねたものを作成した。第3の気体側
流路材(溝無し)として、溝部が設けられていない、繊
維径250μm、25メッシュの一枚の平織り流路材を
作成した。第4の気体側流路材(両面溝構造)として、
溝部と平行な方向に線径250μmの縦糸を用い、溝部
と垂直な方向に線径80μmの横糸を用い、縦糸および
横糸の材質としてnewPFAを用い、溝部の幅を40
0μm、溝部の深さを250μm、凸部の幅を500μ
mとした溝部を両面に有する厚さ800μmの一枚の織
物を作成した。
[Evaluation of gas-side flow path material] As a first gas-side flow path material (inward of the groove), a wire diameter of 2 in the direction parallel to the groove 15a was used.
A warp yarn of 50 μm is used, a weft yarn having a wire diameter of 60 μm is used in a direction perpendicular to the groove 15a, and P and
Using an FA filament, the width of the groove 15a is 400 μm.
m, the depth of the groove 15a is 250 μm, the width of the projection 15b is 500 μm, and the thickness is 370 μm. The woven fabric having the structure shown in FIG. A stack was made. As the second gas-side flow path material (outward of the groove), one in which two of the above woven fabrics were stacked with the groove structure surface facing outward was prepared. As a third gas-side flow path material (without grooves), a single plain weave flow path material having a fiber diameter of 250 μm and 25 mesh, in which no groove was provided, was prepared. As the fourth gas-side channel material (double-sided groove structure),
A warp yarn having a wire diameter of 250 μm is used in a direction parallel to the groove portion, a weft yarn having a wire diameter of 80 μm is used in a direction perpendicular to the groove portion, new PFA is used as the material of the warp yarn and the weft yarn, and the width of the groove portion is set to 40.
0 μm, groove depth 250 μm, protrusion width 500 μm
A piece of woven fabric having a thickness of 800 μm and having grooves on both sides was prepared.

【0058】上記の第1〜第4の気体側流路材につい
て、日東電工株式会社製評価用セルC10T−を使用
し、気体流量(ml/min)と凝縮時の気体側流路材
の圧力損失(mmHg)との関係を測定し、その結果を
図7に示す。
Using the evaluation cell C10T- manufactured by Nitto Denko Corporation, the gas flow rate (ml / min) and the pressure of the gas-side flow path material during condensation were measured for the first to fourth gas-side flow path materials. The relationship with the loss (mmHg) was measured, and the results are shown in FIG.

【0059】図7に示すように、第1および第2の気体
側流路材では、第3および第4の気体側流路材より圧力
損失が低く、良好な結果が得られた。また、第1の気体
側流路材では、第2の気体側流路材より圧力損失が低
く、溝構造面同士を内側に向けて重ね合わせた方がより
圧力損失を低くできることがわかった。
As shown in FIG. 7, in the first and second gas-side flow path members, the pressure loss was lower than in the third and fourth gas-side flow path members, and good results were obtained. In addition, it was found that the pressure loss of the first gas-side flow path material was lower than that of the second gas-side flow path material, and that the pressure loss could be further reduced by overlapping the grooved structures with the inner surfaces facing inward.

【0060】[実施例]気体側流路材として上記の第1
の気体側流路材を用い、疎水性多孔質膜としてPTFE
疎水性多孔質膜NTF1122を用いて図1に示す構造
を有するスパイラル型気液接触膜モジュールを作製し
た。なお、膜モジュールのサイズは胴部の直径が84m
m、長さが310mmであり、有効膜面積は約0.5m
2 である。
[Embodiment] The above-mentioned first material was used as the gas-side channel material.
PTFE as hydrophobic porous membrane
A spiral-type gas-liquid contact membrane module having the structure shown in FIG. 1 was manufactured using the hydrophobic porous membrane NTF1122. The size of the membrane module is 84 m in diameter of the body.
m, length is 310mm, effective membrane area is about 0.5m
2

【0061】気体入口11aから10体積%のオゾンガ
スを流量1L/minで供給し、液体入口4から温度2
5℃の純水を圧力1kgf/cm2 および流量5L/m
inで供給し、オゾン水濃度および気体側流路の気体流
量と圧力損失(凝縮時の圧力損失)とを測定した。
A 10% by volume ozone gas is supplied from the gas inlet 11a at a flow rate of 1 L / min.
5 ° C pure water at a pressure of 1 kgf / cm 2 and a flow rate of 5 L / m
in, the ozone water concentration, the gas flow rate in the gas-side flow path, and the pressure loss (pressure loss during condensation) were measured.

【0062】[比較例]気体側流路材として上記の第3
の気体側流路材を用いた以外は実施例と同一の構造を有
するスパイラル型気液接触膜モジュールを作製した。な
お、膜モジュールのサイズおよび有効膜面積は実施例と
同一である。そして、純水およびオゾンガスを実施例と
同一条件にて供給し、オゾン水濃度および気体側流路の
圧力損失を測定した。
[Comparative Example] The above-described third material was used as the gas-side channel material.
A spiral-type gas-liquid contact membrane module having the same structure as that of the example except that the gas-side channel material was used was produced. The size of the membrane module and the effective membrane area are the same as in the embodiment. Then, pure water and ozone gas were supplied under the same conditions as in the example, and the ozone water concentration and the pressure loss of the gas-side flow path were measured.

【0063】図8に実施例および比較例のスパイラル型
気液接触膜モジュールの運転結果を示す。L1は実施例
のオゾン水濃度、L2は比較例のオゾン水濃度である。
また、L3は実施例の気体側流路における圧力損失、L
4は比較例の気体側流路における圧力損失である。
FIG. 8 shows the operation results of the spiral type gas-liquid contact membrane modules of the example and the comparative example. L1 is the ozone water concentration of the example, and L2 is the ozone water concentration of the comparative example.
L3 is the pressure loss in the gas side flow path of the embodiment, L3
Reference numeral 4 denotes a pressure loss in the gas-side flow channel of the comparative example.

【0064】図8に示すように、比較例のスパイラル型
気液接触膜モジュールでは、凝縮水を膜モジュール外に
排出することができず、気体側流路における圧力損失が
経時的に増加し、オゾン水濃度も初期に比べ低下した。
これに対し、実施例のスパイラル型気液接触膜モジュー
ルでは、凝縮水を常時膜モジュール外へ排出できるた
め、気体側流路における圧力損失およびオゾン水濃度が
経時的に変化することなく安定した性能を示した。
As shown in FIG. 8, in the spiral-type gas-liquid contact membrane module of the comparative example, condensed water cannot be discharged out of the membrane module, and the pressure loss in the gas side flow path increases with time. The ozone water concentration also decreased from the initial level.
On the other hand, in the spiral type gas-liquid contact membrane module of the embodiment, since the condensed water can be constantly discharged to the outside of the membrane module, the pressure loss and the ozone water concentration in the gas side flow path do not change with time, and the performance is stable. showed that.

【0065】以上のように本発明のスパイラル型気液接
触膜モジュールによると、気体側流路に凝縮水が滞留せ
ず、有効膜面積の低下および気体側流路の圧力損失の増
加がなく、長期間安定した性能が得られる。
As described above, according to the spiral-type gas-liquid contact membrane module of the present invention, condensed water does not stay in the gas-side flow path, the effective membrane area does not decrease, and the pressure loss in the gas-side flow path does not increase. Long-term stable performance is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による一実施の形態のスパイラル型気液
接触膜モジュールを示す軸方向の断面図である。
FIG. 1 is an axial sectional view showing a spiral-type gas-liquid contact membrane module according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のスパイラル型気液接触膜モジュールにお
けるスパイラル型気液接触膜エレメントの一部切欠き斜
視図である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a spiral-type gas-liquid contact membrane element in the spiral-type gas-liquid contact membrane module of FIG. 1;

【図3】図1中のA−A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1;

【図4】図1のスパイラル型気液接触膜エレメントの封
止部の拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a sealing portion of the spiral type gas-liquid contact membrane element of FIG.

【図5】図2に示す気体側流路材の一例を示す模式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a gas-side flow path member shown in FIG.

【図6】図4に示すB部の拡大断面である。FIG. 6 is an enlarged cross section of a portion B shown in FIG.

【図7】第1〜第4の気体側流路材の気体流量と凝縮時
の気体側流路材の圧力損失との関係の測定結果を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of a relationship between a gas flow rate of first to fourth gas-side flow path members and a pressure loss of the gas-side flow path material during condensation.

【図8】実施例および比較例のスパイラル型気液接触膜
モジュールの運転結果を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating operation results of spiral-type gas-liquid contact membrane modules of an example and a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スパイラル型気液接触膜モジュール 2 円筒容器 3a 入口空間 4 液体入口 5a 出口空間 6 気体溶解液出口 7 気体出口 10 スパイラル型気液接触膜エレメント 10b,10c 封止部 11 気体供給管 11a 気体入口 13 液体側流路材 14 疎水性多孔質膜 15 気体側流路材 15a 溝部 18 気体側流路 18a 円筒形空間 19 液体側流路 21a 内周側封止部 21b 外周側封止部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spiral type gas-liquid contact membrane module 2 Cylindrical container 3a Inlet space 4 Liquid inlet 5a Exit space 6 Gas solution outlet 7 Gas outlet 10 Spiral type gas-liquid contact membrane element 10b, 10c Sealing part 11 Gas supply pipe 11a Gas inlet 13 Liquid-side flow path material 14 Hydrophobic porous membrane 15 Gas-side flow path material 15a Groove 18 Gas-side flow path 18a Cylindrical space 19 Liquid-side flow path 21a Inner peripheral sealing part 21b Outer peripheral sealing part

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透過性膜と流路材とを重ねて有孔中空管
の外周面にスパイラル状に巻回することにより形成され
たスパイラル型気液接触膜エレメントであって、 前記流路材として、気体の流動方向に沿った溝部が設け
られた気体側流路材を複数枚重ねて用いることを特徴と
するスパイラル型気液接触膜エレメント。
1. A spiral-type gas-liquid contact membrane element formed by superposing a permeable membrane and a flow path material and spirally winding the outer peripheral surface of a perforated hollow tube, wherein the flow path A spiral-type gas-liquid contact membrane element, wherein a plurality of gas-side flow path members provided with grooves along the gas flow direction are used as members.
【請求項2】 前記気体側流路材の片面に前記溝部が設
けられたことを特徴とする請求項1記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
2. The spiral gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein the groove is provided on one surface of the gas-side flow path member.
【請求項3】 前記溝部が互いに対向するように前記気
体側流路材が配置されることを特徴とする請求項1また
は2記載のスパイラル型気液接触膜エレメント。
3. The spiral-type gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein the gas-side flow path members are arranged such that the grooves face each other.
【請求項4】 前記溝部が連続形状をしていることを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
4. The spiral gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein said groove has a continuous shape.
【請求項5】 前記溝部が直線形状をしていることを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
5. The spiral type gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein the groove has a linear shape.
【請求項6】 前記気体側流路材が織物または編物から
なることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の
スパイラル型気液接触膜エレメント。
6. The spiral gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein the gas-side flow path member is made of a woven or knitted fabric.
【請求項7】 前記気体側流路材の一枚の厚さが200
μm以上700μm以下であり、前記溝部の幅が200
μm以上1000μm以下であり、前記溝部の深さが1
00μm以上500μm以下であり、前記溝部間の凸部
の幅が250μm以上750μm以下であることを特徴
とする請求項1〜6のいずれかに記載のスパイラル型気
液接触膜エレメント。
7. The thickness of one sheet of the gas-side channel material is 200.
μm or more and 700 μm or less, and the width of the groove is 200 μm or less.
μm or more and 1000 μm or less, and the depth of the groove is 1
The spiral-type gas-liquid contact membrane element according to any one of claims 1 to 6, wherein the width of the convex portion between the grooves is from 250 µm to 750 µm.
【請求項8】 前記気体側流路材がフッ素樹脂からなる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のスパ
イラル型気液接触膜エレメント。
8. The spiral gas-liquid contact membrane element according to claim 1, wherein the gas-side flow path member is made of a fluororesin.
【請求項9】 前記透過性膜が連続または独立した一ま
たは複数対の多孔質膜からなり、前記多孔質膜が内側に
液体側流路材を挟んでかつ外側に前記気体側流路材を重
ねて前記有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻回さ
れ、前記多孔質膜間で前記液体側流路材により形成され
る液体側流路の内周側の側部および外周側の側部が封止
されるとともに、前記多孔質膜間で前記気体側流路材に
より形成される気体側流路の両端部が封止されることを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のスパイラル
型気液接触膜エレメント。
9. The permeable membrane is composed of one or more pairs of continuous or independent porous membranes, and the porous membrane sandwiches the liquid-side channel material on the inside and the gas-side channel material on the outside. Overlapping and spirally wound on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube, the inner peripheral side and outer peripheral side of the liquid-side flow path formed by the liquid-side flow path material between the porous membranes The side part is sealed, and both ends of the gas-side channel formed by the gas-side channel material between the porous membranes are sealed. 3. The spiral-type gas-liquid contact membrane element according to item 1.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載のスパ
イラル型気液接触膜エレメントが容器内に収容されたこ
とを特徴とするスパイラル型気液接触膜モジュール。
10. A spiral-type gas-liquid contact membrane module, wherein the spiral-type gas-liquid contact membrane element according to claim 1 is housed in a container.
【請求項11】 連続または独立した一または複数対の
多孔質膜を、内側に第1の流路材を挟んでかつ外側に第
2の流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状
に巻回することによりスパイラル型気液接触膜エレメン
トが形成され、前記多孔質膜間で前記第1の流路材によ
り形成される第1の流路の内周側の側部および外周側の
側部が封止されるとともに、前記多孔質膜間で前記第2
の流路材により形成される第2の流路の両端部が封止さ
れ、前記スパイラル型気液接触膜エレメントは筒形容器
内に収容され、前記筒形容器は、両端部にそれぞれ第1
の流体口を有しかつ少なくとも一端部および外周部にそ
れぞれ第2の流体口を有し、前記筒形容器内で前記スパ
イラル型気液接触膜エレメントの両端部側にそれぞれ形
成される第1の空間と前記スパイラル型気液接触膜エレ
メントの外周側に形成される第2の空間とが分離され、
前記第1の空間が前記第1の流体口に連通し、前記第2
の空間が前記筒形容器の外周部の前記第2の流体口に連
通しかつ前記有孔中空管の内部が前記筒形容器の少なく
とも一端部の前記第2の流体口に連通し、前記第1およ
び第2の流路材のうち気体が流動する気体側流路材とし
て、気体の流動方向に沿った溝部が設けられた気体側流
路材を複数枚重ねて用いることを特徴とするスパイラル
型気液接触膜モジュール。
11. An outer peripheral surface of a perforated hollow tube in which one or a plurality of pairs of continuous or independent porous membranes are sandwiched between a first channel material inside and a second channel material is stacked outside. Spiral-type gas-liquid contact membrane element is formed by spirally winding the first channel member formed by the first channel member between the porous membranes. The side part on the outer peripheral side is sealed, and the second
Both ends of a second flow path formed by the flow path material are sealed, the spiral-type gas-liquid contact membrane element is housed in a cylindrical container, and the cylindrical container has first ends at both ends.
And a second fluid port at least at one end and an outer peripheral portion, and a first fluid port formed at both ends of the spiral type gas-liquid contact membrane element in the cylindrical container. The space and the second space formed on the outer peripheral side of the spiral type gas-liquid contact membrane element are separated,
The first space communicates with the first fluid port, and the second space
The space communicates with the second fluid port on the outer peripheral portion of the cylindrical container, and the inside of the perforated hollow tube communicates with the second fluid port on at least one end of the cylindrical container, As the gas-side flow path material through which the gas flows out of the first and second flow path materials, a plurality of gas-side flow path materials provided with grooves along the flow direction of the gas are stacked and used. Spiral type gas-liquid contact membrane module.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017047337A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 ダイハツ工業株式会社 Hollow fiber membrane module
WO2023136310A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 日東電工株式会社 Spiral membrane element

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